(57)【要約】誘導電力伝送のためのシステムの変換器（５）の少なくとも１つのスイッチング素子（６）のスイッチング電流を測定するための方法およびデバイスであって、本方法は、−  変換器（５）の少なくとも１つのＡＣ相ラインの相電流（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）を測定するステップと、−  該少なくとも１つのスイッチング素子（６）の少なくとも１つのスイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）、およびそのスイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）での相電流値を測定するステップと、−  該少なくとも１つの相電流値に依拠して、該少なくとも１つのスイッチング素子（６）のスイッチング電流を算定するステップと、を含む方法、ならびに少なくとも１つのスイッチング素子（６）の動作を制御する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電力伝送のためのシステムの変換器（５）の少なくとも１つのスイッチング素子（６）のスイッチング電流を測定するための方法であって、前記方法は、
−  前記変換器（５）の少なくとも１つのＡＣ相ラインの相電流（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）を測定するステップと、
−  前記少なくとも１つのスイッチング素子（６）の少なくとも１つのスイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）、および前記スイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）での前記相電流値を測定するステップと、
−  前記少なくとも１つの相電流値に依拠して、前記少なくとも１つのスイッチング素子（６）のスイッチング電流を算定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記相電流（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）が電流センサ（８）によって計測されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電流センサ（８）の帯域幅が１５０ｋＨｚより高いことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記相電流値がＡ／Ｄ変換器（１３）によってデジタル化され、前記Ａ／Ｄ変換器（１３）の帯域幅が前記電流センサ（８）の前記帯域幅より小さい、ことを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記電流センサ（８）がロゴウスキーコイルまたは変流器を含むことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
相電圧の経時的な変化が測定され、前記相電流（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）が前記相電圧の変化に依拠して算定される、ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのスイッチング素子（６）の少なくとも２つの連続するスイッチング時点（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）、および前記スイッチング時点（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）での前記相電流値のセットが測定され、前記少なくとも１つのスイッチング電流は、前記少なくとも２つの相電流値に依拠して算定される、ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
スイッチ信号生成の第一時点（ＳＧ１）に依拠して第一スイッチング時点（ＳＰ１）が算定され、スイッチ信号生成のさらなる時点（ＳＧ２、ＳＧ３）に依拠して少なくとも１つのさらなるスイッチング時点（ＳＰ２、ＳＰ３）が算定され、前記少なくとも１つのさらなるスイッチング時点（ＳＰ２、ＳＰ３）とスイッチ信号生成の前記さらなる時点（ＳＧ２、ＳＧ３）との間の時間差は、前記第一スイッチング時点（ＳＰ１）とスイッチ信号生成の前記第一時点（ＳＧ１）との間の前記時間差とは異なる、ことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
スイッチング時点（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）とスイッチ信号生成の前記時点（ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３）との間の前記時間差は、連続的に測定されるスイッチング時点に対し増加することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
連続するスイッチング時点（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）は、連続して測定されるスイッチ信号生成の時点（ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３）の各々に対し、増加して行くオフセット値を加えて算定されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
スイッチング電流が、前記変化する時間差の間の相電流値の推移の局部極大として測定されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
連続するスイッチング時点（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）の所定の数が測定される、および／または所定の長さの時間間隔中の全てのスイッチング時点（ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）が測定される、ことを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記変換器（５）の１つのレッグ中の第一スイッチング素子（６）をまたぐ第一スイッチング素子電圧と、前記変換器（５）の前記レッグ中の第二スイッチング素子（６）をまたぐ第二スイッチング素子電圧とが測定され、前記第一スイッチング素子電圧および前記第二スイッチング素子電圧は、ＸＯＲ演算の入力値を供給し、前記スイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）は、前記ＸＯＲ演算の前記出力値が論理的「１」信号に変化する前記時点として測定され、前記スイッチング電流は、前記スイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）における前記相電流値として測定される、ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
誘導電力伝送のためのシステムの変換器（５）の少なくとも１つのスイッチング素子（６）のスイッチング電流を測定するためのデバイスであって、前記デバイス（１）は、前記変換器（５）の少なくとも１つのＡＣ相ライン（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の相電流（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）を測定するための少なくとも１つの手段、および少なくとも１つの評価手段（９）を含み、前記変換器（５）の少なくとも１つのＡＣ相ライン（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の相電流（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）が測定可能であり、前記少なくとも１つのスイッチング素子（６）の少なくとも１つのスイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）、および前記スイッチング時点（ＳＰ、ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３）での前記相電流値が測定可能であり、前記少なくとも１つのスイッチング電流が、前記少なくとも１つの相電流値に依拠して算定可能である、デバイス。
【請求項１５】
前記デバイス（１）が電流センサ（８）および／または相電圧の経時的変化を測定するための少なくとも１つの手段を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記デバイス（１）が、前記少なくとも１つのスイッチング素子（６）に対するスイッチング信号を生成するための制御ユニット（１１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１４または１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記デバイス（１）が、前記変換器（５）の１つのレッグ中の第一スイッチング素子（６）をまたぐ第一スイッチング素子電圧、および前記変換器（５）の前記レッグ中の第二スイッチング素子（６）をまたぐ第二スイッチング素子電圧を測定するための少なくとも１つの手段を含むことを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
とりわけ誘導電力伝送のためのシステムの変換器の少なくとも１つのスイッチング素子（６）の動作を制御する方法であって、前記変換器（５）の前記少なくとも１つのスイッチング素子（６）のスイッチング電流が、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法によって測定され、前記スイッチング素子（６）が前記測定されたスイッチング電流に基づいて制御される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換器の少なくとも１つのスイッチング素子の少なくとも１つのスイッチング電流を測定するための方法およびデバイスに関する。本変換器は、誘導電力伝送のためのシステムの変換器、具体的には、前記システムの一次巻線構造に対しＡＣ動作電圧を供給する変換器である。さらに、本発明は、前記変換器のスイッチング素子の動作を制御する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両、特に走路拘束型車両および／または路面走行用車両は、誘導電力伝送によって伝送される電気エネルギーによって動作させられ得る。そのような車両は、交流電磁場を受けて電磁誘導により交流電流を発生させるべく適合化されたいわゆる受電デバイスを含み得る。そのような受電デバイスは、いわゆる二次巻線構造を含むかまたは設けることができる。さらに、そのような車両は、交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換するべく適合化された整流器を含み得る。ＤＣは、走行用蓄電池を充電しまたは電気機械を動作させるために使用され得る。整流器は、受電デバイスにより供給されるＡＣをＤＣに変換する。
【０００３】
誘導電力伝送は、通常、一次巻線構造によって交流電磁場を生成する一次ユニットと、前記電磁場を受けるための受電デバイスを含む二次ユニットとを用いて行われる。一次ユニットおよび二次ユニットは、例えば、それぞれ、前述の一次巻線構造および二次巻線構造を提供する巻線のセットを含み得る。
【０００４】
一次巻線または一次巻線構造と称することも可能な一次ユニットの巻線セットは、地面に据え付けられ得、路傍の電力変換器（ＷＰＣ）、特にインバータにより給電され得る。二次巻線または二次巻線構造と称することも可能な二次ユニットの巻線セットは車両に据え付けられる。例えば、二次巻線構造は、車両の下に、路面電車の場合にはその貨車のうちの幾つかの下に、取り付けられ得る。この一次側および二次側は、電気エネルギーを車両に伝送するための高周波変圧器の一部であってよい。この伝送は、（車両が動いていないときは）静的状態で、（車両が動いているときは）動的状態で行うことができる。
【０００５】
上記変換器は、電力伝送のための電磁場を生成するために一次巻線構造にＡＣ動作電圧を供給する。インバータに備えられた変換器は、ＤＣ電力またはＤＣ電圧電源に接続されたＤＣ入力端子を有してよい。さらに、このインバータは、一次巻線構造、具体的には一次巻線構造の位相ライン、が接続されるＡＣ出力端子を有することが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一次巻線構造に対し前記ＡＣ動作電圧を供給する変換器のスイッチング素子のいわゆる容量性スイッチングは回避することが望ましい。かかる容量性スイッチングは、スイッチング時点で、スイッチング素子からまたはそれを通ってＡＣ位相ラインに流れる相電流がゼロまたは負の場合に生じる。この相電流は、変換器のＡＣ出力端子に供給される電流を指してよい。
【０００７】
容量性スイッチングの場合、いわゆる逆回復効果が、スイッチング素子と、通常前記スイッチング素子に並列に接続されているバイパスダイオードとの荷電状態を変化させるために高い補償電流をもたらし得る。これらの高い補償電流は、次いで、望ましくない電量損失、望ましくない熱を発生させ、また電力伝送の効率を低下させ得る。しかして、変換器の動作を、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング電流が非容量性に、すなわち、スイッチング素子が閉（スイッチングがオン）のとき正で、スイッチング素子が開（スイッチングがオフ）のとき負になるように制御することが望ましい。
【０００８】
８０ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの範囲の高い動作周波数に起因して、相電流を計測するためにかなり高いサンプリング周波数、具体的には、相電流の特定の高調波を計測するためにも、５００ｋＨｚより高いサンプリング周波数が必要である。かかる高いサンプリング速度は、しかしながら高い計算能力を必要とする。
【０００９】
誘導電力伝送のためのシステムの変換器の少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング電流を測定するための方法およびデバイス、ならびに、スイッチング電流の正確で高速且つ高計算効率的な測定を可能にする、変換器の動作の制御方法を提供するという技術的課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記技術的課題の解決は、請求項１、１４、および１８の特徴を備えた主題によって提供される。本発明のさらなる有益な諸実施形態が従属請求項の特徴を備えた主題によって提供される。
【００１１】
変換器の少なくとも１つのスイッチング素子の少なくとも１つのスイッチング電流を測定する方法が提案される。この変換器は、具体的には車両への誘導電力伝送のためのシステムの変換器である。さらに、変換器は、電磁電力の伝送場を生成するために、誘導電力伝送のためのシステムの一次巻線構造に交流動作電圧を供給することができる。
【００１２】
この変換器はインバータであってよい。インバータは、ＤＣ入力電圧からＡＣ出力電圧を供給し、また、変換器は、ＡＣ入力電圧からＡＣ出力電圧を供給することができる。以降において、インバータに関する説明は、適応可能な場合、変換器にも関するとしてよい。
【００１３】
一次巻線構造は、三相巻線構造であってよい。この場合、インバータは三相変換器とすることができる。具体的に、三相インバータはいわゆるＢ６ブリッジトポロジを有することが可能である。具体的に、このインバータは、２つのスイッチング素子の直列接続を備えた少なくとも１つのレッグを含むことができる。この直列接続の第一スイッチング素子の高電位側端子は、高電位ＤＣ相ラインに接続することが可能である。第一スイッチング素子の第二端子は、第二スイッチング素子の第一端子に接続すればよい。第二スイッチング素子の第二端子は、低電位ＤＣ相ラインに電気的に接続することができる。インバータのＡＣ相ラインは、第一スイッチング素子および第二スイッチング素子の接続部に電気的に接続することが可能である。一次巻線構造の相ラインは、インバータの少なくとも１つのＡＣ相ラインに接続することができる。このインバータが三相インバータの場合、該インバータは、かかるスイッチング素子の直列接続を備えた３つのレッグと、インバータの３つのＡＣ相ラインとを含むことが可能である。スイッチング素子は、好ましくはＭＯＳＦＥＴとすることができる。あるいは、ＩＧＢＴによってスイッチング素子を設けてもよい。
【００１４】
また、変換器は、一次巻線構造を動作させるためのＡＣ出力電圧を供給する１つ以上のＡＣ相ラインを有することができる。この変換器は、一相、または多相、具体的には三相変換器であってよい。三相の変換器またはインバータの場合、該変換器またはインバータは、いわゆるＢ６トポロジを有することが可能である。
【００１５】
ＡＣ相電圧およびＡＣ相電流が相ラインで供給される。変換器がＡＣ動作電圧をＡＣ相ラインに供給し、しかして前記ＡＣ相ラインに接続された一次巻線構造に供給している場合、この相電流は変換器のＡＣ出力電流を指してよい。このＡＣ相電流は、例えば、変換器のレッグのスイッチング素子を通ってそれぞれの相ライン中に流れる電流であってよい。この相電圧は、ＡＣ相ラインの電位と基準電位との間の電圧を指してよい。
【００１６】
本方法は、変換器の少なくとも１つのＡＣ相ラインの相電流を測定するステップを含む。
【００１７】
具体的に、この相電流の時間推移は、該相電流とは異なる計量に基づいて、例えば計測または計算して測定することができる。例えば、相電流のアナログな時間推移をサンプリングすることが可能で、各サンプルはそれぞれのサンプリング時点での相電流の値を表す。この場合、各サンプルにサンプリング時点を割り当てることが可能である。
【００１８】
さらに、少なくとも１つのスイッチング素子の少なくとも１つのスイッチング時点、および前記スイッチング時点での相電流値が測定される。このスイッチング時点は、スイッチング素子が非導電状態から導電状態に変化した、またはその逆の当該時間点を指してよい。相電流がサンプリングされる場合、スイッチング時点での相電流値は、そのサンプリング時点が測定されたスイッチング時点に一致する、サンプルの値とすることができる。
【００１９】
さらに、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング電流は、スイッチング時点での少なくとも１つの相電流値に依拠して算定される。具体的に、相電流値は、デジタル化された相電流値として測定することが可能で、前記スイッチング時点での相電流のアナログ値は、例えば、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル化される。次いで、該少なくとも１つのデジタル化された相電流値に依拠してスイッチング電流が算定される。
【００２０】
その最も単純な形において、スイッチング電流は、とりわけ、１つだけのスイッチング時点および相当する相電流値が測定された場合、測定された相電流値に等しくなり得る。但し、相電流値に基づいてスイッチング電流を算定するために前もって設定された算術演算を実行することも可能である。また、後記でも説明するように、複数のとりわけ連続したスイッチング時点、およびしかして複数の相電流値を測定することも可能である。次いで、これら複数の相電流値に依拠して、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング電流を算定することができる。
【００２１】
提案された本方法は、スイッチング電流の測定のために、スイッチング時点および前記スイッチング時点での相電流値を測定する必要があるだけなので、スイッチング電流の正確で計算的に高効率の算定を可能にする。特に、相電流値、具体的にはデジタル化された相電流値を、全てのサンプリング時点で測定する必要はない。
【００２２】
或る好適な実施形態において、相電流は電流センサによって計測される。また、後記で説明するように、他の電気パラメータまたは量に基づいて相電流を測定することも可能である。この電流センサは、例えば、変換器の少なくとも１つのＡＣ出力相ライン中の相電流を計測することができる。電流センサを利用することで、相電流の正確で信頼性のある測定が有利に可能になる。
【００２３】
別の実施形態において、電流センサの帯域幅は、１５０ｋＨｚより高く、好ましくは３００ｋＨｚより高く、さらに好ましくは５００ｋＨｚより高い。
【００２４】
かかる帯域幅は、基本周波数を備えた相電流の電流成分を確実に計測することを有利に可能にし、この基本周波数は、一次巻線構造の動作周波数に等しい。具体的に、動作周波数は、８０ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの範囲とすることができ、スイッチング素子は、変換器によって前記基本周波数による交流動作電圧が供給されるように作動される。
【００２５】
具体的に、電流センサの帯域幅は、相電流の高調波成分も捕捉するためには、動作周波数の２倍より高い、さらに好ましくは動作周波数の２倍よりなお高くすべきである。これが、ひいてはスイッチング電流のさらに正確な測定を有利に可能にする。
【００２６】
別の実施形態において、相電流はＡ／Ｄ変換器によってデジタル化される。具体的には、電流センサによって提供されるサンプル点の値がＡ／Ｄ変換器によってデジタル化され得る。Ａ／Ｄ変換器の帯域幅は、電流センサの帯域幅よりも小さい。具体的に、電流センサによってサンプリングされた全ての値をデジタル化しないでおくことが可能である。とりわけ、全ての相電流値でなく、選択された相電流値、具体的には或るスイッチング時点での相電流値だけをデジタル化することが可能である。
【００２７】
これは、比較的に低性能のＡ／Ｄ変換器の使用を有利に可能にし、スイッチング電流の測定に対する高い計算効率がなお提供される。
【００２８】
別の実施形態において、該電流センサは、ロゴウスキーコイルまたは変流器を含む。換言すれば、この電流センサは、ロゴウスキーコイルベースの電流センサ、または変流器ベースの電流センサとすることができる。これは、高い帯域幅を備えた電流センサの提供を有利に可能にする。
【００２９】
或る別の実施形態において、相電圧の経時的な変化が測定され、この相電圧の変化に依拠して相電流が算定される。例として、相電圧を測定すること、具体的に例えば電圧センサによって相電圧を計測することが可能である。次いで、例えば算術演算を行うことによって、相電圧の経時的な変化を算定することができる。
【００３０】
この実施形態において、一次巻線構造を変換器のＡＣ相ラインに接続することが可能で、該一次巻線構造はインダクタンスを備え、相電流は、相電圧の変化および該インダクタンスに依拠して算定することができる。
【００３１】
これは、とりわけ相電流が直接に計測できない場合に、相電流の別法による測定を提供する。
【００３２】
或る好適な実施形態において、少なくとも１つのスイッチング素子の少なくとも２つの連続するスイッチング時点と、前記スイッチング時点における相電流値とのセットが測定される。これら少なくとも２つの連続するスイッチング時点は、相互に直接に続く、すなわちこれら連続するスイッチング時点の間に他のスイッチング時点が介在しないスイッチング時点とすることができる。但し、これは必須ではない。
【００３３】
しかしながら、このセットが２つの異なるスイッチング時点とそれに対応する相電流値を含んでいることが重要である。これら少なくとも２つの相電流値に依拠して、少なくとも１つのスイッチング電流が算定される。具体的に、スイッチング電流は、少なくとも２つの相電流値のセットの最大の相電流値として測定することができる。また一方、この少なくとも２つの相電流値に依拠して少なくとも１つのスイッチング電流を算定するために別の演算を行ってもよい。例えば、これら少なくとも２つの相電流値の平均値としてスイッチング電流を算定することもまた可能である。
【００３４】
また、スイッチング電流が、スイッチング素子の複数のデューティサイクル、すなわち複数のスイッチング時点の間、互いに等しいか、または互いに所定量を超えて逸脱しないように、変換器、具体的にはインバータの制御を行うことも考えることができる。複数のスイッチング時点および対応する相電流値を測定することにより、かくして、スイッチング電流のよりロバストで正確な測定を提供することが可能である。
【００３５】
さらなる好適な実施形態において、スイッチ信号生成の第一時点に依拠して第一スイッチング時点が算定される。スイッチ信号生成の時点は、スイッチング素子の動作を制御するための制御ユニットが、スイッチング素子、具体的にはスイッチング素子のゲート端子にスイッチ信号を生成または送信した時点を指してよい。この制御ユニットは、スイッチ信号生成の時点に関する情報を提供することができる。
【００３６】
さらに、スイッチ信号生成のさらなる時点に依拠して、少なくとも１つのさらなるスイッチング時点が算定される。この第一スイッチング時点とさらなるスイッチング時点とは連続するスイッチング時点であってよく、しかして、当該スイッチ信号生成の時点はスイッチ信号生成の連続する時点を指してよい。
【００３７】
第一スイッチング時点は、例えば、スイッチ信号生成の第一時点と第一オフセット値との和として算定することができる。さらに、少なくとも１つのさらなるスイッチング時点は、スイッチ信号生成のさらなる時点と別のオフセット値との和として算定することが可能で、この別のオフセット値は第一オフセット値とは異なっている。この第一オフセット値をゼロとする、すなわち、第一スイッチング時点をスイッチ信号生成の第一時点として測定することが可能である。
【００３８】
さらに、少なくとも１つのさらなるスイッチング時点とスイッチ信号生成のさらなる時点との間の時間差は、第一スイッチング時点とスイッチ信号生成の第一時点との間の時間差とは異なる。
【００３９】
換言すれば、スイッチング時点は、連続するスイッチングサイクル中の相異なるスイッチングサイクルの開始点に対して変化し得る。スイッチング電流は異なったスイッチングサイクルに対して基本的に等しいと考えられる場合、提案された複数のスイッチング時点の測定は、スイッチングサイクルの或る特定の時限、具体的には、スイッチ信号生成の時点の後の時限を走査することを可能にする。
【００４０】
ゲートタイム遅延は、異なる温度、異なる電流値、および異なる期日経過の如何によって、異なったスイッチング素子に対して変化することが考えられる。ゲートタイム遅延は、スイッチ信号生成の時点と、実際のスイッチング動作またはスイッチング素子のゲート端子での受信との間のスイッチ信号の信号伝搬時間遅延を指してよい。スイッチング時点とスイッチ信号生成の時点との間の前述の時間差は、前記ゲート時間遅延に相当し得る。
【００４１】
但し、これは、前記ゲート時間遅延に対し固定した値を定められないことを意味する。スイッチング時点と対応するスイッチ信号生成の時点との間の変化する差を考慮して複数のスイッチング時点および対応する相電流値を測定することによって、スイッチング電流の測定の、ゲート時間遅延に起因する不正確さを低減し、正確さを向上することが有利に可能である。
【００４２】
別の実施形態において、スイッチング時点とスイッチ信号生成の時点との間の時間差は、連続的に測定されたスイッチング時点に対して増加して行く。具体的に、この時間差は、事前設定値、具体的には事前設定した時間間隔、例えば５ｎｓ、１０ｎｓ、または２０ｎｓなどの時間間隔によって増加し得る。但し、この時間間隔は、個別の動作シナリオに沿って選択することが可能である。
【００４３】
時間間隔の増加が小さいほど、実際のスイッチング時点および対応する相電流値の測定に対する走査密度はより良好になる。これが、ひいては測定の正確さを向上させる。
【００４４】
別の実施形態において、連続するスイッチング時点は、連続して測定されるスイッチ信号生成の時点の各々に対し、増加して行くオフセット値を加えて算定される。この利点および対応する利点は前に説明した。
【００４５】
別の好適な実施形態において、スイッチング電流は、変化する時間差の間のまたはそれに亘っての相電流値の推移の局部極大として測定される。相電流値のこの局部極大の測定は、しかして、必ずしもスイッチング電流が相電流値のセットのこの極大相電流値に一致することを意味するものではない。また、この局部極大が、相電流値のセット中の相電流値の極大値とは異なる、具体的にはそれより高く、且つスイッチング時点のセット中の２つの連続するスイッチング時点の間の中に位置する時点に対応する相電流値に合致することはあり得る。
【００４６】
前記局部極大は、例えば、補間法または任意の他の適切な計算のルールによって算定することができる。これは、スイッチング電流値の極めて正確な測定を有利に可能にする。
【００４７】
別の実施形態では、所定の数の連続するスイッチング時点、または所定の長さの時間間隔中の全てのスイッチング時点が測定される。この時間間隔の長さは、例えば、所望の所定数のスイッチングサイクルがその時間間隔内に実行されるように選択することができる。具体的に、５、１０、１５またはそれより多い連続するスイッチング時点を測定することが可能で、またはそれに応じた時間間隔の長さを選択することが可能である。これは、スイッチング電流の測定のロバストネスおよび正確さを有利に増大する。
【００４８】
或る別の実施形態において、変換器の１つのレッグ中の第一スイッチング素子をまたぐ第一スイッチング素子電圧と、変換器の前記レッグ中の第二スイッチング素子をまたぐ第二スイッチング素子電圧とが測定される。これらスイッチング素子は直列に接続ができ、これについては前に説明した。
【００４９】
さらに、この第一スイッチング素子電圧および第二スイッチング素子電圧は、ＸＯＲ演算の入力値を提供し、そのスイッチング時点は、ＸＯＲ演算の出力値が論理的「１」信号に変化する時点として測定される。第一スイッチング素子電圧および第二スイッチング素子電圧の最小電圧は、論理的「０」信号に対応可能で、第一スイッチング素子電圧および第二スイッチング素子電圧の最大電圧は論理的「１」信号に対応が可能で、これらの逆も可能である。ＸＯＲ演算は、例えば制御ユニットによって行えばよい。次いでスイッチング電流が、前記スイッチング時点で相電流値として測定される。これは、スイッチング時点の正確な測定、しかしてスイッチング電流の正確な測定を有利に可能にする。
【００５０】
スイッチング電流を測定するために、スイッチング電流への相電流の時間推移の事前設定された割り当てを、例えばルックアップテーブルの形で使用することがさらに知られておりまたは可能である。
【００５１】
例えば、相電流ピーク値または相電流の有効値またはその時間推移の、スイッチング時点への割り当てを、例えば補正または数値シミュレーションによって、設定することが可能である。これにより、相電流の測定によって、事前設定された割り当てに基づきスイッチング電流を測定することが可能になる。
【００５２】
相電流、具体的には相電流の時間推移をオーバーサンプリングすることがさらに知られておりまたは可能である。例えば、正確に時間推移の形状を判断し、しかしてスイッチング時点を正確に算定するために、８００ｋＨｚ〜９００ｋＨｚの間のサンプリングレートによって時間推移をサンプリングすることが可能である。但し、これは極めて高い計算能力を必要とする。
【００５３】
誘導電力伝送のためのシステムの変換器の少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング電流を測定するためのデバイスがさらに提案される。本デバイスは、本開示中に開示された諸実施形態の１つによる方法を実行することを有利に可能にする。しかして、本デバイスは、かかる方法が本デバイスによって実行できるように設計される。
【００５４】
本デバイスは、変換器の少なくとも１つのＡＣ相ラインの相電流を測定するための少なくとも１つの手段、および少なくとも１つの評価手段を含む。この評価手段は、変換器の動作を制御するための制御ユニットによって、または前記制御ユニットとは別個のユニットによって設けることが可能である。該評価手段は、マイクロコントローラを含むか、またはこれによって設けることもできる。相電流を測定するための手段は、少なくとも１つの電流センサであるかまたはこれを含むことが可能である。
【００５５】
さらに、変換器の少なくとも１つのＡＣ相ラインの相電流は、例えば、相電流を測定するための該少なくとも１つの手段によって測定可能である。
【００５６】
さらに、少なくとも１つのスイッチング素子の少なくとも１つのスイッチング時点および前記スイッチング時点での相電流値が、例えば該少なくとも１つの評価手段によって測定可能である。
【００５７】
さらに、該少なくとも１つのスイッチング電流が、この少なくとも１つの相電流値に依拠して、例えば少なくとも１つの評価手段によって算定可能である。
【００５８】
加えて、本デバイスは、相電流、具体的には電流センサによって計測された相電流をフィルタリングするために、フィルタリングユニット、具体的にはローパスフィルタリングユニットを含んでよい。本デバイスは、相電流、具体的には電流センサによって計測された相電流またはフィルタリングユニットによってフィルタリングされた相電流を増幅するための増幅ユニットをさらに含むことが可能である。さらに、本デバイスは、スイッチング時点および対応する相電流を格納するためのメモリユニットを含むことができる。本提案のデバイスは、スイッチング電流を測定するため上記で提案された方法を実行することを有利に可能にする。
【００５９】
別の実施形態において、本デバイスは、電流センサ、具体的にはロゴウスキーコイルまたは変流器を備える電流センサを含む。これに換えてまたは加えて、本デバイスは相電圧の経時的な変化を測定するための少なくとも１つの手段を含む。後者の場合、本デバイスは、この相電圧の経時的変化に依拠して相電流を算定するための、例えば評価ユニットなどの少なくとも１つの手段を含むことができる。この利点および対応する利点は前に説明した。
【００６０】
別の実施形態において、本デバイスは、該少なくとも１つのスイッチング素子に対するスイッチング信号を生成するための制御ユニットをさらに含む。この制御ユニットは、例えば、変換器の動作を制御するための制御ユニットであってよい。さらに、該制御ユニットは、前述の評価手段を備えることができ、または、評価手段を備えている少なくとも１つの評価ユニットに信号結合によって接続することができる。
【００６１】
これは、スイッチ信号生成の時点に基づいて、スイッチング時点を算定することを有利に可能にする。この利点および対応する利点は前に説明した。
【００６２】
別の実施形態において、本デバイスは、変換器の１つのレッグ中の第一スイッチング素子をまたぐ第一スイッチング素子電圧を測定し、変換器の前記レッグ中の第二スイッチング素子をまたぐ第二スイッチング素子電圧を測定するための少なくとも１つの手段を含む。この手段は、例えば、１つ以上の電圧センサによって設けることができる。さらに、前に説明したように、この第一スイッチング素子電圧および第二スイッチング素子電圧に基づいて、スイッチング電流が算定可能である。
【００６３】
特に誘導電力伝送のためのシステムの、変換器の少なくとも１つのスイッチング素子の動作を制御する方法が、さらに提案される。さらに、本開示中に開示された諸実施形態の１つによる方法によって、この変換器の該少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング電流が測定される。加えて、スイッチング素子、具体的にはスイッチング素子のスイッチング時点は、測定されたスイッチング電流に依拠して制御される。さらに、該少なくとも１つのスイッチング素子の動作も、測定されたスイッチング電流に基づいて制御される。
【００６４】
具体的に、スイッチング素子の動作は、正のスイッチング電流が供給されるように制御することができる。上記に換えて、この動作は、スイッチング電流の値が所定の電流範囲内、例えば、１〜３Ａの範囲内になるように制御することも可能である。但し、望ましい電流の範囲は動作シナリオの如何により決まり得る。
【００６５】
また、このスイッチング素子の動作を、動作周波数、例えばＡＣ相電圧の基本周波数が変化するように具体的には増大または低減するように、制御することも可能である。但し、かかる制御は、基本周波数がスイッチング周波数と等しい場合にだけ可能である。
【００６６】
これは、該少なくとも１つのスイッチング素子を含む変換器の動作安全性を増大することを有利に可能にする。
【００６７】
添付の諸図を参照しながら本発明を説明することとする。これら図面は以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】スイッチング電流を測定するための或るデバイスの概略ブロック図である。
【図２】或るインバータ中の３つのＡＣ相ライン中の相電流の例示的な時間推移である。
【図３】スイッチング電流を測定するための方法の概略的流れ図である。
【図４】スイッチング信号および相電流の例示的な時間推移である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
以降において、同じ参照符号は、同じまたは類似の技術的特徴を備える要素を指す。
【００７０】
図１は、特に車両（図示せず）への誘導電力伝送のためのシステムのインバータ５の少なくとも１つのスイッチング素子６のスイッチング電流を測定するためのデバイス１の概略ブロック図を示す。
【００７１】
一次ユニット（図示せず）は、Ｂ６ブリッジトポロジを使って設計されたインバータ５を含む。インバータ５は、スイッチング素子６を含み、バイパスダイオード７が、各スイッチング素子６に逆平行に接続されている。インバータ５は、３つのレッグを有し、各レッグは、２つのスイッチング素子６の直列接続を含む。さらに、相ラインＵ、Ｖ，Ｗは、２つのスイッチング素子６の接続部につながれている。
【００７２】
具体的に、第一スイッチング素子６は、高電位の相ラインにつながれ、第二スイッチング素子６は、低電位の相ラインにつながれている。
【００７３】
このインバータのスイッチング素子６は、例えば、ＭＯＳＦＥＤまたはＩＢＧＴによって設けることができる。
【００７４】
インバータ５は、一次巻線構造３の相ラインＵ、Ｖ，ＷのためのＡＣ（交流）相電圧を生成または供給する。インバータ５のＡＣ出力端子が、それぞれ、相ラインＵ、Ｖ、Ｗに接続されている。この図示の実施形態において、一次巻線構造３のこれらの相ラインＵ、Ｖ、Ｗは、インバータ５のＡＣ相ラインに電気接続される。しかして、相ラインＵ、Ｖ、Ｗは、またインバータ５のＡＣ相ラインをも指す。
【００７５】
一次巻線構造３は三相巻線構造である。各相ラインＵ、Ｖ、Ｗが備えるインダクタンスＬＵ、ＬＶ、ＬＷが概略的に示されている。各相ラインＵ、Ｖ、Ｗ中の補償容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷがさらに示されており、前記容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷの容量値は、各相ラインＵ、Ｖ、ＷのインダクタンスＬＵ、ＬＶ、ＬＷと容量ＣＵ、ＣＶ、ＣＷとにより設けられるこの共振回路の共振周波数が動作周波数と合致するように、選択される。
【００７６】
各相ラインＵ、Ｖ、Ｗ中のＡＣ相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷがさらに示され、これらはインバータ５のＡＣ相ライン中の相電流に相当する。
【００７７】
さらに、デバイス１は、各相ラインＵ、Ｖ、Ｗ中の相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ、しかしてインバータ５のＡＣ相ライン中の相電流を計測する電流センサ８を含む。具体的に、この相電流センサ８はまた、インバータ５の１レッグの１つのスイッチング素子６を通りそれぞれの相Ｕ、Ｖ、Ｗの中に、またはこれらから外に流れる相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷも計測する。
【００７８】
各相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの矢印は、その相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの正方向を示す。相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの正の値は、示された方向への電流の流れを表す。
【００７９】
さらに、システム１は、信号リンク（破線で示す）によって、電流センサ８に接続されている評価ユニット９を含む。評価ユニット９は、前記電流センサ８に、それぞれ、ローパスフィルタユニット１２およびＡ／Ｄ変換器ユニット１３によって接続される。Ａ／Ｄ変換器ユニット１３は、例えば、逐次近似型Ａ／Ｄ変換器ユニットまたは任意の他のサンプルアンドホールド式Ａ／Ｄ変換器ユニットであってよい。電流センサ８は、計測された相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷのサンプルを提供し、これらの値はローパスフィルタリングされている。次いで、電流センサ８によって生成されたサンプルの全部でなく一部だけが、Ａ／Ｄ変換器ユニット１３によってデジタル化される。電流センサ８、ローパスフィルタ１２、およびＡ／Ｄ変換器ユニット１３によってもたらされる位相変位は、ゼロまたは可及的に小さくする必要がある。あるいは、スイッチング電流の算定の方法の中で、相電流値の導入された位相変位を考慮に入れる必要がある。
【００８０】
さらに、このシステムは、信号またはデータリンクによって評価ユニット９に接続されているメモリユニット１０を含む。例えばスイッチング素子６の動作を制御するなど、インバータ５の動作を制御するための制御ユニット１１がさらに示されている。制御ユニット１１は、信号またはデータリンクによって評価ユニット９に接続されている。制御ユニット１１は、スイッチング素子６に対するスイッチ信号を生成することができる。
【００８１】
図示のデバイス１を用いて、電流センサ８によってインバータ５の相ラインＵ、Ｖ、Ｗの相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを計測することが可能である。さらに、少なくとも１つのスイッチング素子６の少なくとも１つのスイッチング時点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３（例えば、図４を参照）、および前記スイッチング時点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３での相電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは、例えば評価ユニット９によって算定することができる。例えば、評価ユニット９はスイッチング時点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３を算定することが可能であり、スイッチング時点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３で電流センサ８によって計測された相電流値だけが、Ａ／Ｄ変換器ユニット１３によってデジタル化される。
【００８２】
さらに、該少なくとも１つのスイッチング素子６のスイッチング時点が、このデジタル化された相電流値に依拠して算定される。
【００８３】
電流センサ８の帯域幅は、５００ｋＨｚより高くてよい。さらに、Ａ／Ｄ変換器ユニット１３の帯域幅は、電流センサ８の帯域幅よりも小さくすることができる。電流センサ８は、ロゴウスキーコイルまたは変流器を含んでよい。
【００８４】
図２は、時間ｔに亘る、相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの例示的な時間推移を示す。各相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの時間推移は準周期性であり、基本周波数は、インバータ５の動作周波数に相当し、また、各時間推移は高次のいわゆる高調周波数を包含している。スイッチング時点ＳＰおよび対応する相電流値は、各相ラインＵ、Ｖ、Ｗに対して丸印で示されている。
【００８５】
図２には、実際のスイッチング時点からやや前または後の相電流値の測定は、スイッチング時点ＳＰの周辺でのかなり高い電流傾斜によって、正確なスイッチング電流からのかなり高い逸脱をもたらし得ることが示されている。
【００８６】
図３は、本発明の１つの好適な実施形態の概略的流れ図が示されている。第一ステップＳ１では、オフセット値ｄが、ゼロ、または例えば１０ｎｓなどの値の別の値に設定される。第二ステップＳ２では、第一スイッチング時点ＳＰ１（図４を参照）が、スイッチング素子６（図１を参照）に対するスイッチ信号生成の第一時点ＳＧ１とオフセット値ｄとの和として算定される。さらに、第一スイッチング電流ＳＩ１が、この第一スイッチング時点ＳＰ１での相電流値として測定される。
【００８７】
第三ステップＳ３では、スイッチングサイクルＣ１、Ｃ２、Ｃ３（図４を参照）の所定の数、例えば５〜１０のスイッチングサイクルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、が完了したかどうかがチェックされる。完了していない場合、オフセット値ｄは、例えば、１０ｎｓ増分され、第二ステップＳ２が再度実行される。具体的に、第二スイッチング時点ＳＰ２が、第二時点ＳＧ２と（増加された）オフセット値ｄとの和として算定される。さらに、この第二スイッチング時点ＳＰ２での第二スイッチング電流ＳＩ２が測定される。
【００８８】
所定の数のスイッチングサイクルが完了している場合、複数のスイッチング時点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３（図４を参照）および対応する相電流値ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３のセットが算定される。このセット、具体的にはその値は、メモリユニット１０（図１を参照）中に格納することができる。さらに、スイッチング電流は、変化する差分オフセット値ｄに対する相電流値ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３の推移の局部極大として測定される。このオフセット値ｄは、スイッチング時点ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３と対応するスイッチ信号生成の時点ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３との間の時間差に相当する。
【００８９】
これは第四ステップＳ４で行われる。インバータ５の具体的にはインバータ５のスイッチング素子６の動作が、測定されたスイッチング電流に依拠して制御される制御ステップは示されていない。
【００９０】
図４は、インバータ５の第一相ラインＵ（図１を参照）中の相電流ＩＵの３つのスイッチングサイクルＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対する時間推移を例示的に示す。スイッチ信号の時間推移がさらに示されており、制御されるスイッチング素子６の閉状態を表すスイッチ信号は値「１」によって示され、スイッチング素子６の開状態を表すスイッチ信号は値「０」によって示される。
【００９１】
さらに、スイッチ信号生成の時点ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、および異なったスイッチングサイクルに対し増えて行くオフセット値ｄも示されている。制御ユニット１１はスイッチ信号を生成することが可能であり、スイッチ信号生成の時点ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３についての情報が評価ユニット９に送信される。第一スイッチングサイクルＣ１では、評価ユニット９は、第一スイッチング時点ＳＰ１を算定するために、スイッチ信号生成の第一時点ＳＧ１に、例えば１０ｎｓの値の第一オフセット値を加える。次いで、Ａ／Ｄ変換器１３が、このスイッチング時点ＳＰ１における相電流値のサンプルがデジタル化されるように制御される。
【００９２】
第二スイッチングサイクルＣ２で、評価ユニット９は、第二スイッチング時点ＳＰ２を算定するために、スイッチ信号生成の第二時点ＳＧ２に増加されたオフセット値ｄを加える。次いで、Ａ／Ｄ変換器１３が、このスイッチング時点ＳＰ２における相電流値のサンプルがデジタル化されるように制御される。第三に、第三スイッチングサイクルＣ３では、第三スイッチング時点ＳＰ３は、スイッチ信号生成の第三時点ＳＧ３およびさらに増加されたオフセット値ｄとして算定される。次いで、Ａ／Ｄ変換器ユニット１３が、このスイッチング時点ＳＰ３における相電流値のサンプルがデジタル化されるように制御される。
【００９３】
これらデジタル化された相電流値に基づいて、スイッチング電流が算定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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